Опишите влияние цинка на свойства латуней кратко

Обновлено: 18.05.2024

Латунь – самый распространенный сплав на основе меди. По сравнению с медью латунь обладает более высокой прочностью и коррозионной стойкостью. Основным легирующим компонентом при этом является цинк.
В зависимости от доли цинка в латуни, она может находиться в различных фазовых состояниях: α (0–39 % цинка), α + β (39–49 %), β (49–51 %), β + γ (51–58 %), γ (58–64 %), γ + ε (64–79 %), ε (79–83 %), ε + η (83–100 %).
Каждое из этих состояний характеризуется своей электронно-кристаллической решеткой. Кубическая плотноупакованная решетка чистой меди обуславливает мягкость и ковкость материала. В латуни такая же решетка обнаруживается в α-фазе. Для чистого цинка присуща гексагональная плотноупакованная решетка, придающая материалу твердость и хрупкость. Этим характеризуется ε-фаза латуни. Кубическая объемно-центрическая решетка и кубическая гране-центрическая решетка соответствуют β- и γ-фазам латуни. Каждое из этих состояний характеризуется индивидуальными прочностными характеристиками и температурными интервалами для нагрева под обработку давлением и отжига.

Зависимость показателей прочности и пластичности латуни – относительного удлинения и предела прочности – от содержания цинка показана на рисунке выше. Из него видно, что латунь характеризуется двумя критическими точками. Максимальной пластичности соответствует содержание цинка 33 %, а максимальной прочности – 47 %. Дальнейшее повышение количества цинка в сплаве на каждый 1 % снижает прочность латуни на 20 %. На практике наиболее часто используются пластичные в холодном и горячем состоянии α- и (α + β)-латуни, а также пластичные только при высоких температурах β-латуни.
Для изготовления фитингов и арматуры VALTEC используется латунь с содержанием меди 58 % (CW617N по EN 12165, ЛС59-2 по ГОСТ 15527-2004). Другие компоненты этого сплава (в соответствии с ГОСТ 15527-2004): железо (до 0,4 %), никель (до 0,4 %), алюминий (до 0,1 %), свинец (1,5–2,5 %), цинк 37,5–41,3 (%), олово (до 0,3 %), содержание прочих примесей – 0,2 %. О значении этих компонентов можно поговорить в будущем, а пока скажем только, что такой состав гарантирует достаточную прочность латунного изделия, позволяет легко производить его горячую объемную штамповку, токарную обработку и нарезку резьбы.

Comments

stannum_true

Не согласен насчёт большей коррозионной стойкости латуни по сравнению с медью. Наверное, можно создать такие условия, при которых это будет справедливо, но во всём спектре сантехнических условий всё наоборот.

Кроме того, прочность это слишком сложное понятие, чтобы говорить о превосходстве латуни над медью.

Сравнительная прочность латуни характеризуется большей чем у меди твёрдостью и меньшей пластичностью. В сантехнике медь более предпочтительна.

Латунь не только тверже, но и прочнее меди. В классическом понимании прочность – это способность материала сопротивляться разрушению (ничего сложного). На графике фигурирует предел прочности (временное сопротивление), соответствующее механическому напряжению, при превышении которого происходит разрушение материала. У меди этот показатель в два–три раза ниже, чем у латуни с оптимальным содержанием цинка (45–47 %).

А способность медных сантехнических изделий противостоять коррозии обусловлена наличием оксидного и карбонатного слоя на их поверхности. Там, где этот слой по каким-то причинам разрушается (при воздействии химически агрессивных веществ, абразивных частиц, транспортировке неподготовленной природной воды и т.д.), коррозия протекает явно быстрее, чем было бы с латунью.

Кроме того, медь намного активнее латуни участвует в электрохимических процессах, т.к. в ряду напряжений стоит дальше от основного конструкционного материала – железа. Поэтому в смешанных системах стальной участок трубопровода должен располагаться строго перед медным, но не после его, а соприкосновение меди и нелегированной стали должно быть исключено. Латунные же элементы – резьбовые фитинги и арматура – в составе стальных трубопроводов используются влегкую.

Можно также "положить на весы" возможность применения латуни в паровых установках и ее большую стойкость к абразивному износу.

С большим уважением отношусь к медным трубам. При правильном проектировании, монтаже и эксплуатации у них масса достоинств.
Но утверждать, что медь для сантехнических систем предпочтительнее латуни в целом не верно.

Здравый смысл должен подсказывать, что разрушающее воздействие может быть очень разным. Характер разрушения и его последствия тоже могут принципиально отличаться.
Например, стеклянная бутылка "в классическом понимании" гораздо прочнее пластиковой, но при падении на пол разобьётся стеклянная.

Способность мух летать обуславливается наличием у них крыльев. Оторвите крылья, и они никуда не улетят. :-)

β'-фазы от ноля (39% Zn) до 100% (46% Zn). Избыточная β'-фаза является твердой и хрупкой составляющей. Ввиду этого практическое использование находят латуни, содержащие не более 43% Zn.

По составу латуни делят на простые и специальные: простые состоят только из меди и цинка; специальные, кроме меди и цинка, содержат элементы, которые вводятся с целью изменения в нужном направлении свойств сплава. Механические свойства латуней изменяются при увеличении содержания цинка (рис.1,б). Увеличение содержания цинка более 43% ведет к резкому ввиду значительного содержания в сплаве твердой и хрупкой β'- фазы и снижению пластичности.

Рис.1,б. Влияние содержания цинка на механические свойства латуни.

Латуни легко поддаются обработке давлением ( за исключением свинцовосодержащих) , поэтому детали из нее часто изготовляют методом глубокой вытяжки. Однофазные α-латуни высокопластичны и хорошо деформируются в холодном состоянии. Двухфазные (α+ β )-латуни лучше деформируются при нагреве выше температуры (β↔ β')-превращения. Обычно их деформируют при температуре несколько выше 700 ºC. Все латуни хорошо паяются, легко обрабатываются режущим инструментом, хорошо полируются.

Плотность латуней 8,20-8,60; температура плавления 900-1045 ºC. В сухом помещении латунь долго сохраняет цвет и блеск. На открытом воздухе латуни неустойчивы, быстро теряют блеск и темнеют. По назначению латуни делят на деформируемые и литейные. α-Латуни редко легируют дополнительно другими элементами; они представляют собой двойные сплавы меди с цинком. В марках этих латуней Л62, Л68. Л80, Л90 цифры показывают содержание меди. Цинк дешевле меди. Чем больше цинка в латуни, тем ниже ее стоимость. Из однофазных α-латуней холодным деформированием изготовляют ленты, проволоку, трубки теплообменников.

(a+b)-Латуни используются для изготовления деталей деформированием при температуре выше 500°С. Из двухфазных латуней изготовляют листы, прутки и другие заготовки, из которых последующей механической обработкой изготавливаются детали. Обрабатываемость резанием латуней улучшается присадкой в состав латуни небольшого количества свинца, например, латунь марки ЛС59-1 называют “автоматной латунью”.

Двухфазные (α+ β )-латуни легируют дополнительно алюминием, железом, никелем для увеличения прочности. Наибольшей прочностью обладают латуни, дополнительно легированные алюминием, железом, марганцем. Если предел прочности при растяжении простой латуни марки Л60 (60% меди и 40% цинка) в кованом состоянии 350-400 МПа, то у специальных латуней предел прочности может достигать 800 МПа, т.е. вдвое выше предела прочности обыкновенной углеродистой стали.

Структура однофазной α-латуни и двухфазной (α+ β )-латуни показана на рис.2.

Рис.2. Микроструктура латуни

а –α-латунь; б – α+β латунь

Структура литой однофазной латуни

Из латуни можно изготовлять также детали методом литья. Наилучшей жидкотекучестью обладает литейная латунь марки ЛЦ20К3 (старое обозначение ЛК80-3Л). Ввиду узкого интервала температур кристаллизации литейные латуни не склонны к ликвации. При кристаллизации имеют значительную сосредоточенную усадку. Поэтому латунные отливки могут быть получены с высокой плотностью.

Литейные латуни отливают в землю, в кокиль, под давлением.

Детали, изготовленные из латуней деформированием, при содержании более 20% Zn подвержены “сезонному” растрескиванию во влажном воздухе при наличии в атмосфере следов сернистых газов. Саморастрескивание происходит из-за предпочтительной коррозии латуней по границам зерен в зоне неравномерного распределения напряжений. Для предотвращения растрескивания детали отжигают при температуре ниже температуры рекристаллизации ( в большинстве случаев при 175 - 300°С).

Двойные деформируемые латуни маркируют буквой Л (латунь), за которой следует число, показывающее содержание меди в процентах; например, в сплаве Л62 имеется 62% Сu и 38% Zn.

В марках легированных латуней кроме цифры, показывающей содержание меди, даются буквы и цифры, обозначающие название и количество в процентах легирующих элементов. Для их обозначения ставятся буквы, являющиеся начальной буквой названия элементов (О - олово, С - свинец, Ж – железо, Ф – фосфор, Ц – цинк, Мц – марганец, К - кремний). Количество этих элементов обозначается соответствующими цифрами после числа, показывающего количество меди в латуни; например сплав ЛАЖ60-1-1 содержит 60% Cu, 1% Al, 1% Fe, 38% Zn.

В марках литейных латуней указывается содержание цинка, а количество каждого легирующего элемента ставится непосредственно за буквой,

обозначающей его название. Например, ЛЦ40Мц3А содержит 40% Zn, 3% Mn, 1% Al.

Латуни широко используются в промышленности как конструкционный

материал там, где требуется высокая прочность и коррозионная стойкость: в трубопроводной арматуре ( в химическом машиностроении и судостроении).

К бронзамотносят сплавы меди с любым элементом, кроме цинка. Наиболее широко используются оловянистые и алюминиевые бронзы.

Олово растворяется в кристаллической решетке меди, образуя твердый раствор α с предельной растворимостью 14 % (рис.3,а).

Рис.3а. Структура литой оловянистой бронзы с 10% олова

Следовательно, оловянистые бронзы, содержащие до 14% Sn, являются однофазными. Увеличение количества олова более 14% приводит к появлению в структуре сплава эвтектики (α+δ), который благодаря фазе δ (Cu3Sn8) является твердой и хрупкой составляющей (рис.4).

Однако, ввиду склонности оловянистых бронз к дендритной ликвации, участки эвтектоида в структуре литого сплава наблюдаются уже при содержании олова 6%.

Характер изменения механических свойств бронзы с увеличением содержания олова аналогичен изменению свойств латуней с увеличением количества цинка (рис.3,б).

-4-

Рис.3б Диаграмма равновесных состояний системы сплавов Cu-Al

Оловянистые бронзы обладают высокими литейными свойствами. Введение в оловянистую бронзу цинка и никеля приводит к увеличению количества эвтектоида. Эти элементы новых фаз не образуют, так как находятся в твердом растворе.

Алюминиевые бронзы, как и оловянистые, бывают однофазные и двухфазные. Предельная растворимость алюминия в меди составляет 9,8% (рис.5).

Рис.5 Структура литой алюминиевой бронзы с содержанием 10% алюминия

При содержании алюминия более 9,8% появляется эвтектоид (α+δ) (рис.8). Практическое применение имеют бронзы, содержащие до 11 % алюминия.

С целью улучшения механических свойств в алюминиевые бронзы вводят Fe, Mn и Ni. В судостроении алюминиевые бронзы используются для изготовления деталей, работающих в морской воде (например, для гребных винтов - БРАЖН-9-4-7 и др).

В деформируемых бронзах не указывается содержание меди, ее концентрация определяется по разности. Например, БрОФ6,5-0,15 – бронза: 6,5% Sn, 0,15% P, остальное – медь. Содержание меди в литейных бронзах определяется по разности от 100%. Например, Бр05Ц5С5 – литейная бронза, содержащая 5% Sn, 5% Zn, 5% Pb,

Рис.1. Диаграмма состояния Cu-Zn

Сплавы, содержащие от 39 до 46% Zn, - двухфазные, причем количество

Рис.1,б. Влияние содержания цинка на механические свойства латуни.

Структура однофазной α-латуни и двухфазной (α+ β )-латуни показана на рис.2.

Рис.2. Микроструктура латуни

а –α-латунь; б – α+β латунь

Структура литой однофазной латуни

Литейные латуни отливают в землю, в кокиль, под давлением.

обозначающей его название. Например, ЛЦ40Мц3А содержит 40% Zn, 3% Mn, 1% Al.

Латуни широко используются в промышленности как конструкционный

Рис.3а. Структура литой оловянистой бронзы с 10% олова

-4-

Рис.3б Диаграмма равновесных состояний системы сплавов Cu-Al

Рис.5 Структура литой алюминиевой бронзы с содержанием 10% алюминия

Латунь представляет собой сплав на основе металлов: меди и цинка. Содержание цинка в сплаве может быть от 5 до 45%. Цинк дешевле, по сравнению с медью, по этой причине введение его в сплав не только улучшает механические, антифрикционные и технологические свойства, а ещё и снижает стоимость латуни.

Классификация латуней

В зависимости от химического состава различают:

Специальные латуни подразделяются на классы, названные по главному легирующему элементу (марганцевые, алюминиевые, кремнистые, оловянные, никелевые, свинцовые).

По степени обработки латуни бывают:

• деформируемые (латунная лента, проволока, труба, латунный лист);
• литейные (арматура, подшипник, детали приборов).

Подробнее о сплавах латуни

Существует также классификация по количеству цинка в сплаве:

• 5-20% цинка – красная латунь (томпак);
• 20-36% цинка – желтая латунь.

Основные свойства латуни

Латуни хорошо поддаются обработке давлением. Механические свойства сравнительно высокие, коррозионная устойчивость удовлетворительная. Если сравнивать латуни с бронзой, то их прочность, устойчивость к коррозии и антифрикционные свойства меньше. Они не очень устойчивы на воздухе, в соленой морской воде, углекислых растворах и растворах многих органических кислот.

Латунь красивого цвета и в сравнении с медью обладает лучшей коррозионной стойкостью. Однако с увеличением температуры растёт и скорость коррозии. Наиболее заметен этот процесс в тонкостенных изделиях. Спровоцировать коррозию могут: влажность, следы аммиака и сернистого газа в воздухе. Для предупреждения этого явления латунные изделия подвергают низкотемпературному обжигу после обработки.

Практически все латуни при понижении температуры (до гелиевых температур) остаются пластичными и не становятся хрупкими, что даёт возможность использовать их в качестве хорошего конструкционного материала. За счёт более высокого показателя температуры рекристаллизации (300-370°С), чем у меди, при высокой температуре ползучесть латуней будет меньше. При средней температуре (200-600°С) возникает явление хрупкости, так как нерастворимые при невысоких температурах примеси (например: свинец, висмут) образуют хрупкие межкристаллические прослойки. При повышении температуры снижается ударная вязкость латуней. В сравнении с медью показатели электропроводности и теплопроводности латуней ниже.

Рассмотрим, как легирующие элементы оказывают влияние на свойства латуней.

Олово значительно увеличивает антикоррозийные свойства в морской воде, повышает прочность сплава. Латуни с оловом часто называют морскими.
Марганец увеличивает прочность, сопротивление коррозии. Марганцевые латуни часто сочетают с оловом, железом и алюминием.
Никель повышает коррозионные свойства и прочность в различных средах.
Кремний понижает прочность и твердость, а также улучшает свариваемость. Латуни, содержащие кремний и свинец, обладают хорошими антифрикционными свойствами. Такими сплавами можно заменить более дорогостоящие, например оловянные бронзы.
Свинец значительно улучшает обрабатываемость резанием, но в тоже время ухудшает механические свойства. Свинцовые латуни называют автоматными, так как они обрабатываются на станках-автоматах. Данный сплав является самым распространённым.
Алюминий снижает летучесть цинка, за счёт образования на поверхности расплавленной латуни защитной плёнки (оксида алюминия).

Способы получения

В технологии получения латуни задействованы процессы медной, цинковой промышленности, а также переработка вторсырья. Сырьём для производства сплавов являются заготовки меди, цинка и других металлов для получения многокомпонентных сплавов. Также используются собственные отходы производства и вторичное сырьё. Все заготовки изготовлены в соответствии с ГОСТ.

Для плавки латуни используют различные виды плавильных печей, применяющихся для плавки медных сплавов. Самыми эффективными являются электрические индукционные низкочастотные печи с магнитопроводом. Плавку проводят под вытяжной вентиляцией, поскольку некоторые элементы сплава интенсивно испаряются и могут навредить здоровью человека. Сплав нежелательно перегревать, из-за вероятности возгорания на воздухе некоторых компонентов. В качестве шихт для плавки латуни используют чистые и оборотные металлы.

Предварительно сырьё подготавливают, а печи очищают. Разогретую до красного каления медь помещают в печь, а затем добавляют кусковые заготовки цинка. Во время плавки медно-цинковых сплавов берут во внимание значительную окисляемость цинка. Для уменьшения окисляемости проводят ряд мероприятий. Для изготовления многокомпонентных сплавов в первую очередь добавляют медь, а затем с осторожностью остальные компоненты.

Однородную массу разливают в формы для получения литейной латуни. В результате получаются слитки плоской и круглой формы. Деформируемые сплавы после отливки подвергаются процедуре деформации. Полученные изделия различаются по степени закалки и старения, а также твёрдости материала. Предварительная термическая обработка заготовок значительно увеличивает прочность и коррозионную устойчивость латуни.

Применение

Из латуни производят охлаждающие системы для моторов, разнообразные втулки, переходники. Сплав используется в строительной сфере. Например, для изготовления сантехнического оборудования и элементов дизайна. Элементы для крепежа, такие как болты и гайки, также производят из латуни. Этот сплав применяется в судостроении и при изготовлении боеприпасов.

Различают несколько видов латунного проката:

Латунный пруток – это длинномерное металлическое изделие, которое является заготовкой для различных деталей. Пруток имеет различную форму сечения: круглую, овальную, прямоугольную, квадратную, шестигранную, трапециевидную.
Латунная плита – это плоский полуфабрикат с прямоугольным сечением толщиной более 25 мм, который изготавливается прокаткой или литьём. Плиты бывают мягкими, твёрдыми, полутвёрдыми и особо твёрдыми. Латунные плиты используются в промышленности, для декоративной отделки зданий.
Латунная проволока – это вытянутый профиль небольшого диаметра. Применяется проволока в производстве электротехники и декоративных элементов, а также в машиностроении, авиастроении, при сварке и в обувной промышленности.
Латунная труба – обладает высокой пластичностью, устойчивостью к коррозии, износу. Трубы применяются в жилищно-коммунальном хозяйстве, машиностроении, приборостроении, электроэнергетике.
Латунный круг – это сплошной профиль круглого сечения. Применяется изделие в автомобилестроении, приборостроении, при изготовлении станков и механизмов. - незаменим в полиграфии, автомобилестроении, электроэнергетике, приборостроении, электротехнической, строительной и химической промышленностях.

Латунь представляет собой металлический сплав на основе меди и цинка. Последний элемент используется в качестве легирующей добавки, и от его содержания зависят свойства сплава. При концентрации цинка в сплаве в количестве 6% – 20% он называется томпаком, а при его повышенном содержании, доходящем до 35%, латунь принято называть желтой. Максимально допустимая концентрация легирующей добавки в латуни не может превышать 43%.

Чтобы корректно описать влияние цинка на свойства латуней, необходимо привести классификацию сплавов:

Двухкомпонентные латуни: в составе сплава присутствуют только основные элементы – медь и цинк в разном процентном соотношении.
Многокомпонентные сплавы: помимо основных ингредиентов, в состав металла вводятся дополнительные легирующие добавки, изменяющие его физико-химические свойства.

Таким образом, при получении готового металла с нужными характеристиками, с учетом изменения концентрации только цинка, речь идет о двухкомпонентных сплавах или простых латунях.

Влияние цинка на свойства латуней

Изменение концентрации цинка в составе простых латуней называется фазовым составом металла, который вызывает следующие изменения физико-химических свойств двухкомпонентных сплавов:

Вне зависимости от концентрации цинка при его добавлении до предельного показателя 45%, прочность сплава неизбежно растет. Но при превышении этого значения она начинает резко падать, вплоть до хрупкого разрушения материала под незначительной нагрузкой.
При введении доли цинка до 30% сохраняется ковкость и пластичность латуни.
Предел пластичности металла достигается при введении в состав меди цинка до 37-38%, после чего материал плохо поддается механической обработке и, чаще всего, используется при изготовлении гаек и резьбовых соединений для сантехнической промышленности.
Для производства латунной проволоки, прутков и прочих элементов, эксплуатация которых подразумевает холодную деформацию, применяется латунь марки Л63. Является двухкомпонентным составом с процентным содержанием цинка не более 32-35%. Недостаток данной марки заключается в потере эксплуатационных свойств при нагреве материала выше 300оС. В научной терминологии такие латуни называются a сплавами.
Для увеличения пластичности сплава при повышенном содержании цинка (до 40%) используется марка латуни ЛС59-1. Ковкость металлу при нагреве дает минимальное содержание свинца в качестве легирующего элемента. Металл с такими характеристиками называется b сплавом.

Благодаря усилиям работников металлургической индустрии применение латуни в современном промышленном производстве практически не ограничено. Латунь активно используется в тяжелом машиностроении, входит в состав большинства высокоточного оборудования, широко применяется при производстве элементов отопления и водоснабжения.

Изменение доли цинка в сплаве позволяет достичь простоты в обработке и улучшения прочностных показателей готовых изделий. По статистике, латунь является самым часто используемым сплавом на основе меди.

Латунь, которая хорошо известна и активно применяется уже на протяжении многих лет, является сплавом меди с цинком. Изобретателем этого материала с целым рядом уникальных характеристик считается англичанин Джеймс Эмерсон, который и запатентовал его в 1781 году.

Латунный металлопрокат отличается хорошей коррозионной стойкостью и высокой прочностью

Элементы состава

Основу латуни составляют медь и цинк. В наиболее традиционном составе такого сплава медь содержится в количестве 70%, а цинк – 30%. Существуют марки технической латуни, в составе которой цинк содержится в количестве 48–50 процентов. Что характерно, больше 50% цинка, используемого для производства латунных сплавов, получают из отходов данного металла.

В зависимости от особенностей внутренней структуры различают латуни альфа- и альфа-бета-типа, которые также называют одно- и двухфазными.

Их основные отличия заключаются в следующем.

В химическом составе латунных сплавов, относящихся к альфа-типу, содержится 35% цинка.
Альфа-бета-латуни (двухфазные) на 47–50% состоят из цинка. В их составе также содержится свинец, количество которого не превышает 6%.

Несмотря на то, что латунь, также созданная на основе меди, внешне очень похожа на некоторые марки бронзы, по профессиональной классификации она не относится к бронзовым сплавам. В составе некоторых видов латуни содержится олово – основной легирующий элемент бронзы, но его добавляют в очень незначительных количествах, чтобы добиться улучшения отдельных характеристик сплава. Кроме олова, в химическом составе отдельных марок латуни могут содержаться такие элементы, как свинец, марганец, железо, никель и др., которые также позволяют улучшить ее свойства.

Содержание химических элементов в простых (двойных) латунях (нажмите для увеличения)

Содержание химических элементов в свинцовых латунях (нажмите для увеличения)

Изделия из латуни отличаются красивым золотисто-желтым цветом, хорошо поддаются полировке и другим видам механической обработки. В зависимости от марки сплава, из которого изготовлено изделие, последнее можно подвергать ковке в холодном или нагретом состоянии, но некоторые виды данного металла методами пластической деформации обрабатывать нельзя. Несмотря на то, что для латуни характерна высокая коррозионная устойчивость, поверхность изделий из данного металла при их длительном взаимодействии с окружающим воздухом покрывается окисной пленкой и темнеет. Чтобы избежать изменения цвета поверхности латунных изделий с течением времени, их часто покрывают защитным слоем бесцветного лака.

Химический состав и особенности внутренней структуры

Чтобы хорошо разбираться в характеристиках латуни, важно понимать, какими свойствами обладают химические элементы, из которых она состоит. Такими элементами, как уже говорилось выше, являются медь и цинк.

Классификация латуней по химическому составу

Медь – это один из первых металлов, которые человек начал использовать для изготовления изделий различного назначения. Данный элемент, входящий в 11-ю группу IV периода таблицы Менделеева, имеет атомный номер 29 и обозначается как Cu (сокращение от Cuprum). Медь, которая является переходным металлом, отличается высокой пластичностью и красивым светло-золотистым цветом. При образовании оксидной пленки металл приобретает не менее красивый желтовато-красный оттенок.

Цинк – второй основной элемент в химическом составе латуни – также является металлом, который, в отличие от меди, не встречается в природе в чистом виде. Цинк, имеющий атомный номер 30, входит в побочную подгруппу 2-й группы IV периода таблицы Менделеева. Данный металл, производить который начали еще в XII веке в Индии, отличается высокой хрупкостью в нормальных условиях. Без оксидной пленки, которая появляется на металле при его взаимодействии с открытым воздухом, его поверхность имеет светло-голубой цвет. Обозначается данный металл символом Zn (сокращение от Zincum).

Так выглядит микроструктура отшлифованной латунной поверхности под 400-кратным увеличением

Структура латуни в зависимости от содержания в его составе основных компонентов может состоять из одной α- или одновременно α+β-фаз. Такие состояния, которые может принимать внутренняя структура сплава, отличаются следующими особенностями:

α-фаза – это раствор меди и цинка, характеризующийся высокой стабильностью, в котором молекулы основного металла (меди) имеют гранецентрированную кубическую решетку;
α+β-фаза – также стабильный раствор, в котором медь и цинк содержатся в соотношении 3:2 (в таком растворе молекулы меди имеют простую элементарную ячейку).

Микроструктура α +β-латуни имеет меньшую пластичность и большую твердость, чем структура α-латуни

В зависимости от температуры нагрева в латуни происходят следующие структурные преобразования.

При нагревании латуни до высоких температур атомы в ее β-фазе, имеющей широкую область гомогенности, отличаются неупорядоченным расположением. В таком состоянии нагрева β-фаза латунного сплава отличается высокой пластичностью.
При незначительном нагреве латунного сплава (454–468 ° ) в нем формируется фаза, имеющая обозначение β’. Особенностью такой структурной фазы, которая отличается высокой твердостью и, соответственно, хрупкостью, является то, что атомы меди и цинка в ней располагаются упорядоченно.

Исходя из всего вышесказанного, можно сделать вывод о том, что латунные сплавы, внутреннюю структуру которых составляет только α-фаза (однофазные), отличаются хорошей пластичностью, а те, в которых присутствует и β-фаза (двухфазные), являются более прочными, но не предназначены для обработки методами пластической деформации.

Пластичность латуней с двухфазной структурой можно повысить, если нагреть их выше температуры, при которой происходит β’-превращение (700 ° ). В таком состоянии в структуре сплава преобладает только одна β-фаза, соответственно, он отличается высокой пластичностью. Однако даже однофазные латуни с хорошей пластичностью могут практически не обрабатываться методами пластической деформации. Это происходит в температурном интервале их нагрева до 300–700 ° , который получил название зоны хрупкости.

Содержание цинка в латуни влияет на электропроводность сплава

На то, какими механическими свойствами обладает латунь той или иной марки, значительное влияние оказывает содержание цинка в ее химическом составе. Так, если содержание данного химического элемента составляет до 30%, то одновременно повышаются как прочность, так и пластичность сплава. Дальнейшее повышение содержания цинка приводит к тому, что латунь становится менее пластичной (усложнение α-фазы), а затем и более хрупкой (формирование в структуре латуни β’-фазы). Прочность латуни увеличивается до того момента, пока цинка в ее составе не будет 45%, с дальнейшим увеличением количества данного элемента латунь становится и менее прочной, и менее пластичной.

Способы производства

Такой сплав меди, как латунь, хорошо поддается различным методам обработки. Так, из этого сплава можно получать различные изделия методами ковки, штамповки и протяжки, а благодаря относительно невысокой температуре плавления и хорошей текучести в расплавленном состоянии его активно используют в литейном производстве.

Розлив латунного расплава по формам

Латунь, основным легирующим элементом в которой является цинк, получают плавкой:

в тиглях, изготовленных из огнеупорного материала (для нагрева тигли вместе с компонентами сплава помещают в шахтные или пламенные печи);
в отражательных печах (при использовании данного метода плавку выполняют без применения тиглей).

При выплавке латунного сплава следует учитывать тот факт, что цинк при осуществлении такой процедуры будет активно испаряться, поэтому количество данного металла следует рассчитывать с некоторым запасом.

Сферы применения

В зависимости от количественного содержания основных компонентов латунь может использоваться для изготовления изделий различного назначения.

Содержание основных элементов указывается в маркировке латунных сплавов

Одной из наиболее распространенных разновидностей деформируемых латунных сплавов является томпак, в составе которого содержится 88–97% меди и не более 10% цинка. Наиболее значимыми характеристиками сплавов данного типа являются:

высокая пластичность;
высокая коррозионная устойчивость;
хорошие антифрикционные свойства.

Из характеристик, которые способствуют высокой популярности сплавов данного типа, надо отметить:

хорошую свариваемость со сталью и другими металлами, что позволяет использовать томпак для изготовления изделий из комбинированных материалов;
красивый золотистый цвет – характеристика, которая стала причиной активного использования томпак для производства изделий художественного назначения;
возможность покрывать поверхность изделий из томпака эмалью и лаком, золотить, а также использовать другие типы декоративных покрытий.

Так выглядит лента томпака, из которой потом делают изделия, в том числе и ювелирные украшения

Специалисты при производстве томпака используют три основные формулы химического состава данного сплава, в котором медь, цинк, свинец и олово могут содержаться в следующих пропорциях:

Данные формулы, что примечательно, были выведены еще в XIX веке. Их автором является ученый из Шотландии Эндрю Юр.

Области применения деформируемых латуней

Чтобы получить литейную латунь, в ее состав, кроме цинка, добавляют 50–81% меди, а также ряд других элементов: алюминий, железо, кремний, олово, марганец, свинец. Наиболее значимыми характеристиками, которыми обладает такая латунь, являются:

высокая устойчивость к коррозии;
антифрикционные свойства;
хорошие механические характеристики;
хорошая текучесть в расплавленном состоянии;
высокая устойчивость к распаду материала.

Сферы применения литейных латуней

Благодаря таким характеристикам литейные латунные сплавы успешно используются для производства изделий, к механическим свойствам, коррозионной устойчивости и точности геометрических параметров которых предъявляются повышенные требования.

Для производства различных изделий методами резания металлов используются автоматные латуни, в химический состав которых входят:

57–75% меди;
24,2–42,7% цинка;
0,3–0,8% свинца.

Автоматная латунь марки ЛС59-1 используется для изготовления метизов и декоративных элементов

В составе сплавов данного типа обязательно содержится свинец, за счет чего обеспечивается формирование короткой и сыпучей стружки, что и позволяет выполнять скоростную обработку изделий из таких латуней.

Латуни данного типа производится в виде листового материала и прутков, из которых затем, используя тот или иной вид механической обработки, изготавливают изделия различного назначения.

Читайте также: